《程序员的自我修养—链接、装载与库》– 对书中常见段的讲解总结

1. 核心段的作用与特点

(1) .text 段（代码段）

• 内容 ：存放程序的 可执行指令 （机器码），例如函数的实现代码。
• 特点 ：
  • 通常是 只读 的（防止程序意外修改指令）。
  • 在程序运行前已确定大小，多个进程可共享同一份代码段（节省内存）。
  • 编译器优化（如函数内联）可能影响其内容。

(2) .data 段（数据段）

• 内容 ：存放 已初始化 的 全局变量 和 静态变量 （包括全局/局部静态变量）。
• 特点 ：
  • 变量在编译时已明确初始值，这些值直接保存在目标文件中。
  • 例如： int global_var = 42; 或函数内的 static int s_var = 10; 。

(3) .bss 段（Block Started by Symbol）

• 内容 ：存放 未初始化 的 全局变量 和 静态变量 （或初始化为 0 的变量）。
• 特点 ：
  • 不占用目标文件的物理存储空间 （仅记录变量的大小和符号）。
  • 程序加载时由操作系统分配内存并初始化为零（节省磁盘空间）。
  • 例如： int uninit_var; 或 static int s_uninit; 。

(4) .rodata 段（只读数据段）

• 内容 ：存放 只读数据 ，如字符串常量、 const 修饰的全局变量等。
• 特点 ：
  • 程序运行时不可修改，尝试写入会触发段错误（Segmentation Fault）。
  • 例如： const char* str = "Hello"; 中的 "Hello" 会存放在此段。

2. 内存布局中的其他区域

虽然严格来说不属于目标文件的段，但程序运行时内存中的关键区域：

(1) 堆（Heap）

• 动态分配的内存区域 （如 malloc / new 申请的内存）。
• 由程序员手动管理（分配和释放），空间通常从低地址向高地址增长。

(2) 栈（Stack）

• 存放局部变量、函数参数、返回地址 等。
• 由编译器自动管理，空间从高地址向低地址增长。
• 函数调用时压栈（push），返回时弹栈（pop）。

3. 其他辅助段

(1) .comment

• 存放编译器版本、作者等注释信息，不参与程序运行。

(2) .debug

• 调试信息（如符号表、行号映射），用于 GDB 等调试工具。

(3) .plt & .got （动态链接相关）

• .plt （过程链接表）和 .got （全局偏移表）用于动态链接库的延迟绑定（Lazy Binding）。

4. 关键区别与设计思想

为什么需要 .bss 段？

• 节省磁盘空间 ：未初始化的变量无需在文件中存储零值。
• 提升加载效率 ：程序启动时操作系统批量清零 .bss 段，比读取大量零值更高效。

5. 实例验证

以下 C 代码的变量存储位置：

int global_init = 10;         // .data
int global_uninit;            // .bss
static int static_init = 20;  // .data
static int static_uninit;     // .bss
const int global_const = 30;  // .rodata

int main() {
    static int local_static_init = 40;   // .data
    static int local_static_uninit;      // .bss
    char* str = "Hello";                 // str在栈，字符串在.rodata
    int local_var;                       // 栈
    return 0;
}

总结

书中通过分析目标文件的结构（如 ELF 格式），解释了这些段如何被链接器组织、操作系统加载，最终形成进程的内存映像。理解这些段的划分，对优化程序体积、分析内存泄漏、调试底层问题至关重要。